JP2014088863A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、遮熱構造の燃焼室を形成した内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine in which a combustion chamber having a heat shielding structure is formed.
内燃機関(エンジン)においては、冷却損失を低減することで燃費の向上を図るという試みが従来から行われている。このような内燃機関においては、例えば、低熱伝導性材料からなるシリンダライナをシリンダブロックのシリンダボアに挿入することにより、燃焼室を遮熱構造としている(特許文献1参照)。 In internal combustion engines (engines), attempts have been made to improve fuel efficiency by reducing cooling loss. In such an internal combustion engine, for example, a cylinder liner made of a low thermal conductivity material is inserted into a cylinder bore of a cylinder block so that the combustion chamber has a heat shielding structure (see Patent Document 1).
しかしながら、上述の内燃機関はシリンダライナに分厚いセラミックを用いるため、燃焼室の熱容量が大きく、燃焼室内の温度(筒内温度)が全行程を通して高くなる。そのため、充填効率の低下、酸素不足による燃焼の緩慢化という問題があり、結果として燃費が向上しない場合があった。 However, since the above-described internal combustion engine uses a thick ceramic for the cylinder liner, the heat capacity of the combustion chamber is large, and the temperature in the combustion chamber (in-cylinder temperature) increases throughout the entire stroke. Therefore, there is a problem that the charging efficiency is lowered and the combustion is slowed down due to lack of oxygen, and as a result, the fuel efficiency may not be improved.
特に、シリンダブロックのシリンダボアは、全高の上端から下端まで分厚いセラミックから構成されるシリンダライナで覆われるため、充填効率の低下に対する寄与度が大きい。その理由は、吸気行程で燃焼室内に入ってきた温度が低い(大気温度〜50℃程度)新気又は吸気が、数百度のシリンダボア(シリンダライナ)によって100〜200℃程度まで加熱されて膨張するためである。 In particular, the cylinder bore of the cylinder block is covered with a cylinder liner made of a thick ceramic from the upper end to the lower end of the overall height, and therefore contributes greatly to a decrease in filling efficiency. The reason is that fresh air or intake air having a low temperature entering the combustion chamber during the intake stroke (atmospheric temperature to about 50 ° C.) is heated to expand to about 100 to 200 ° C. by a cylinder bore (cylinder liner) of several hundred degrees. Because.
そこで、本発明の目的は、遮熱構造の燃焼室を形成した内燃機関において、充填効率の低下を抑制することにより、充填効率の低下に起因する燃費の悪化を抑制することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to suppress deterioration in fuel consumption caused by a decrease in charging efficiency by suppressing a decrease in charging efficiency in an internal combustion engine in which a combustion chamber having a heat shielding structure is formed.
上述の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、シリンダブロックに設けられるシリンダボアとピストンの頂部とシリンダヘッドの下面とで区画される燃焼室を備える内燃機関において、前記シリンダブロックの頂部に前記シリンダボアに対して軸線方向に隣接させて設けられ、前記燃焼室内から前記シリンダブロックへの熱伝達を抑制する遮熱リングを備えるものである。 In order to achieve the above object, an internal combustion engine according to the present invention includes a combustion chamber defined by a cylinder bore provided in a cylinder block, a top portion of a piston, and a lower surface of a cylinder head, and the top portion of the cylinder block. And a heat shield ring which is provided adjacent to the cylinder bore in the axial direction and suppresses heat transfer from the combustion chamber to the cylinder block.
前記遮熱リングは、筒状の遮熱リング本体と、前記遮熱リング本体の内周面に形成される遮熱層とを有するものであっても良い。 The heat shield ring may include a cylindrical heat shield ring main body and a heat shield layer formed on an inner peripheral surface of the heat shield ring main body.
前記遮熱層は、遮熱塗料を前記遮熱リング本体の内周面に塗布し又はポーラスメッキを前記遮熱リング本体の内周面に施すことにより前記遮熱リング本体の内周面に形成される遮熱コーティング層であっても良い。 The heat shield layer is formed on the inner peripheral surface of the heat shield ring main body by applying a heat shield paint to the inner peripheral surface of the heat shield ring main body or applying porous plating to the inner peripheral surface of the heat shield ring main body. It may be a thermal barrier coating layer.
本発明によれば、遮熱構造の燃焼室を形成した内燃機関において、充填効率の低下を抑制することにより、充填効率の低下に起因する燃費の悪化を抑制することができるという優れた効果を奏する。 According to the present invention, in an internal combustion engine in which a combustion chamber having a heat-shielding structure is formed, an excellent effect of suppressing deterioration in fuel efficiency due to a decrease in charging efficiency can be achieved by suppressing a decrease in charging efficiency. Play.
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示すように、本実施形態に係る内燃機関(本実施形態では、ディーゼルエンジン)10は、シリンダボア11を有するシリンダブロック12と、シリンダボア11内を上下に往復運動するピストン13と、シリンダブロック12の頂部(上部)にシリンダヘッドガスケット14を挟んで取り付けられるシリンダヘッド15とを備える。シリンダブロック12、ピストン13及びシリンダヘッド15は、鋼やアルミニウム合金等の金属材料からなる。
As shown in FIG. 1, an internal combustion engine (in this embodiment, a diesel engine) 10 according to this embodiment includes a
シリンダブロック12に設けられるシリンダボア11と、ピストン13の頂部と、シリンダヘッド15の下面とで囲まれた空間が、燃焼室16を形成する。シリンダブロック12には、シリンダボア11を囲うようにウォータジャケット17が設けられている。また、ピストン13の頂部には、キャビティ(図例では、リップ付タイプのキャビティ)18が設けられている。さらに、シリンダヘッド15には、燃焼室16に連通する吸排気ポート(吸気ポート19及び排気ポート20)と、吸気ポート19を開閉する吸気弁21と、排気ポート20を開閉する排気弁22と、燃料を上方から燃焼室16内に噴射する燃料噴射弁(図示せず)とが設けられている。
A space surrounded by the
本実施形態に係る内燃機関10では、シリンダブロック12の頂部(ピストン13の上死点TDC付近)に、燃焼室16内からシリンダブロック12への熱伝達を抑制する遮熱リング23をシリンダボア11に対して軸線方向に隣接させて設けることにより、燃焼室16を遮熱構造としている。本実施形態に係る内燃機関10では、シリンダブロック12の頂部に、シリンダボア11よりも大径の収容ボア24がシリンダボア11に対して軸線方向に連続させて設けられ、その収容ボア24に遮熱リング23が圧入されている。
In the
遮熱リング23は、筒状又はリング状(図例では、円筒状)の遮熱リング本体25と、遮熱リング本体25の内周面に形成される遮熱層26とを有する。遮熱層26は、遮熱塗料を遮熱リング本体25の内周面に塗布し又はポーラスメッキを遮熱リング本体25の内周面に施すこと等により遮熱リング本体25の内周面に形成される薄膜の遮熱コーティング層である。即ち、遮熱リング23(遮熱リング本体25)の内周面に形成される遮熱層(遮熱コーティング層)26は、約100μm程度の厚さtm(図2参照)で、遮熱塗料、ポーラス材(多孔質材)等からなる。一方、遮熱リング本体25は、鋼やアルミニウム合金等の金属材料からなる。
The
図2に図1(a)の要部拡大図を示す。 FIG. 2 shows an enlarged view of the main part of FIG.
遮熱リング23の高さ(リング幅)hは、比較的低くすることが好ましく、例えば約10mmとされる。遮熱リング23の高さhを比較的低くするのは、遮熱リング23をピストン13の摺動範囲を避けて配置するためである。ピストン13が上死点TDCに位置した状態においてピストン13に装着されるトップリング27の上端と遮熱リング23の下端との間隔CLが例えば1〜2mm程度となるように、遮熱リング23の高さhが設定される。
The height (ring width) h of the
また、遮熱リング23の厚さtは、比較的薄くすることが好ましく、例えば1〜2mm程度とされる。遮熱リング23の厚さtを比較的薄くするのは、遮熱リング23をシリンダヘッドガスケット14のシール範囲を避けて配置するためである。
Moreover, it is preferable to make the thickness t of the
また、遮熱リング23の内周面は、シリンダボア11に対して僅かに凹んでおり、遮熱リング23の内径(コーティング後)φdとシリンダボア11の内径φDとの差Δtは例えば0.1mm程度とされる。即ち、遮熱リング23の内径φdは、シリンダボア11の内径φDよりも大径とされる(φD<φd)。
Further, the inner peripheral surface of the
さらに、遮熱リング23の頂面(上面)は、シリンダブロック12の頂面に対して僅かに凹んでおり、遮熱リング23の頂面とシリンダブロック12の頂面との高さの差Δhは例えば0.1mm程度とされる。
Further, the top surface (upper surface) of the
次に、本実施形態に係る内燃機関10の作用効果を説明する。
Next, the effect of the
本実施形態に係る内燃機関10では、シリンダブロック12の頂部(ピストン13の上死点TDC付近)に、燃焼室16内からシリンダブロック12への熱伝達を抑制する遮熱リング23をシリンダボア11に対して軸線方向に隣接させて設けることにより、燃焼室16を遮熱構造としている。即ち、本実施形態に係る内燃機関10では、シリンダボア11の全高の上端から下端までを遮熱するのではなく、冷却損失に対する影響が大きいシリンダボア11の上部のみを遮熱リング23によって遮熱している。このように燃焼室16を構成することにより、燃焼室16の熱容量を小さくでき、充填効率の低下が非常に少なく、充填効率の低下に起因する燃費の悪化が生じない。よって、冷却損失の低減により、燃費を向上させることができる。
In the
さらに、本実施形態に係る内燃機関10では、燃焼室16の熱容量を小さくするため、遮熱リング23(遮熱リング本体25)の内周面に薄膜の遮熱層(遮熱コーティング層)26を形成しているので、充填効率の低下が非常に少なく、充填効率の低下に起因する燃費の悪化が生じない。燃焼室16の熱容量が小さくなるのは、遮熱リング23(遮熱リング本体25)に分厚いセラミックを用いる必要がなく、内燃機関10に一般的に用いられる鋼やアルミニウム合金等の金属材料を用いることができるためである。
Furthermore, in the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other embodiments can be adopted.
例えば、本発明は、ディーゼルエンジンだけではなく、ガソリンエンジン等へも適用可能である。 For example, the present invention can be applied not only to a diesel engine but also to a gasoline engine or the like.
10 内燃機関
11 シリンダボア
12 シリンダブロック
13 ピストン
15 シリンダヘッド
23 遮熱リング
25 遮熱リング本体
26 遮熱コーティング層(遮熱層)
DESCRIPTION OF
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